EP0208263B1 - Verfahren zur Herstellung von 1-Oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,5]decan-Verbindungen - Google Patents
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- EP0208263B1 EP0208263B1 EP86109072A EP86109072A EP0208263B1 EP 0208263 B1 EP0208263 B1 EP 0208263B1 EP 86109072 A EP86109072 A EP 86109072A EP 86109072 A EP86109072 A EP 86109072A EP 0208263 B1 EP0208263 B1 EP 0208263B1
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 1-Oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro[4,5]decan-Verbindungen, die als Lichtschutzmittel für Polymere oder als Zwischenprodukte für die Herstellung von Kunststoffadditiven verwendet werden können.
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- Es wurde nun gefunden, daß die Herstellungsreaktion schneller und vollständiger verläuft, wenn man als Lösemittel einen bei Raumtemperatur flüssigen aromatischen Kohlenwasserstoff verwendet und einen Phasentransferkatalysator zusetzt.
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- n eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist,
- R1 Wasserstoff, C1-C4-Alkyl, Benzyl, Allyl, C2-C3o-Alkanoyl, C3-C20-Alkenoyl, C7-C11-Aroyl, Cs-C14-Arylalkanoyl oder C8-C20-Alkylaryl ist.
- R2 Wasserstoff oder C1-C4-Alkyl bedeutet,
- R3 Wasserstoff, C1-C18-Alkyl, C5-C12-Cycloalkyl, eine Phenyl- oder Naphthylgruppe, die durch Chlor oder C1-C4-Alkyl substituiert sein kann, oder eine gegebenenfalls durch C1-C4-Alkyl substituierte C7-C12-Phenylalkylengruppe ist,
- R4 Wasserstoff, C1-C4-Alkyl, C5-C12-Cycloalkyl, durch -COOH, Carb-C1-C4-alkoxi oder Carbamoyl substituiertes C1-C3-Alkenyl, eine Phenyl-, Naphthyl- oder Pyridylgruppe, die durch C1-C4-Alkoxi oder C1-C4-Alkyl substituiert sein kann, oder eine C7-C12-Phenylalkylgruppe, die durch C1-C4-Alkyl substituiert sein kann, bedeutet, oder
- R3 und R4 zusammen mit dem sie bindenden Kohlenstoffatom eine Cycloalkylgruppe, die durch eine bis vier C1-C4-Alkylgruppen substituiert sein kann, oder einen Rest der Formel II
- R5 Wasserstoff, Methyl, Phenyl oder Carb-C1-C21-Alkoxi ist,
- R6 Wasserstoff oder Methyl bedeutet,
- R7 bei n = 1
- Wasserstoff, C1-C21-Alkyl, C2-C22-Alkenyl, C7-C18-Phenylalkyl, C5-C12-Cycloalkyl, Phenyl, Naphthyl, C7-C18-Alkylphenyl, ein Rest der Formel
- R7 bei n = 2
- R7 bei n = 3 oder 4
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- R1 ist bevorzugt Wasserstoff, C1-C4-Alkyl, C2-C18-Alkanoyl, beispielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Acetyl, Propionyl, Butyryl, Lauroyl, Stearoyl, besonders bevorzugt Wasserstoff oder einer der genannten Säurereste. Insbesondere ist R1 Wasserstoff.
- R2 ist bevorzugt Wasserstoff oder Ci-C4-Alkyl, beispielsweise Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl. Insbesondere ist R2 Wasserstoff.
- R3 und R4 sind unabhängig voneinander Ci-C18-Alkyl, C5-C12-Cycloalkyl oder Phenyl, beispielsweise Ethyl, Butyl, Octyl, Lauryl, Stearyl, Cyclohexyl, Cyclodecyl, besonders bevorzugt C1-C7-Alkyl. Insbesondere sind R3 und R4 C1-C4-Alkyl, beispielsweise Methyl.
- R3 und R4 zusammen mit dem sie bindenden Kohlenstoffatom sind bevorzugt C5-C12-Cycloalkylen, besonders bevorzugt C6- bzw. C12-Cycloalkylen, insbesondere Cyclododecylen.
- R5 ist bevorzugt Wasserstoff, Methyl oder Phenyl, besonders bevorzugt Wasserstoff.
- R6 ist bevorzugt Wasserstoff oder Methyl. Insbesondere ist R6 Wasserstoff.
- R7 ist bevorzugt C1-C21-Alkyl, geradkettiges oder verzweigtes C1-C30-Alkylen, beispielsweise Methyl, Butyl, Octyl, Lauryl, Stearyl. Ethylen, Butylen, Hexylen, besonders bevorzugt C1-C15-Alkyl. Insbesondere ist R7 C12-C14-Alkyl, beispielsweise Lauryl.
- Geeignete Verbindungen der Formel VIII sind beispielsweise
- 2-Butyl-7, 7, 9, 9-tetramethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo--spiro-]4,5]-decan
- 2-iso-Butyl-7,7,9,9-tetramethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,5]-decan
- 2-Pentyl-7, 7,9,9-tetramethy-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,5]-decan
- 2-iso-Pentyl-7,7,9,9-tetramethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,6]-decan
- 2-Hexyl-7,7,9,9-tetramethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,5]-decan
- 2-Heptyl-7,7,9,9-tetramethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,6]-decan
- 2-iso-Heptyl-7,7,9,9-tetramethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4, 5]-decan
- 2-Nonyl-7,7,9,9-tetramethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,5]-decan
- 2-iso-Nonyl-7,7,9,9-tetramethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,5]-decan
- 2-Undecyl-7,7,9,9-tetramethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,5]-decan
- 2-Phenyl-7,7,9,9-tetramethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,5]-decan
- 2-(4-Chlor-phenyl)-7,7,9,9-tetramethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4, 5]-decan
- 2-Ethyl-2,7,7,9,9-pentamethyl-1-oxca-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,6]-decan
- 2-Propyl-2,7,7,9,9-pentamethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,5]-decan
- 2-iso-Propyl-2,7,7,9,9-pentamethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,5]-decan
- 2-Butyl-2,7,7,9,9-pentamethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,6]-decan
- 2-iso-Butyl-2,7,7,9,9-pentamethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,5]-decan
- 2-Pentyl-2,7,7,9,9-pentamethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,5]-decan
- 2-Hexyl-2,7,7,9,9-pentamethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,5]-decan
- 2-Nonyl-2,7,7,9,9-pentamethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,5]-decan
- 2,2,7,7,9,9-Hexamethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo- spiro-[4,5]-decan
- 2,2,7,7,9,9-Heptamethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo- spiro-[4,5]-decan
- 2,2-Diethyl-7,7,9,9-tetramethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,5]-decan
- 2,2-Dipropyl-7,7,9,9-tetramethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,6]-decan
- 2,2-Dibutyl-7,7,9,9-tetramethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,5]-decan
- 2-Ethyl-2-pentyl-7,7,9,9-tetramethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,5]-decan
- 2,2-Dibenzyl-7,7,9,9-tetramethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-spiro-[4,5]-decan
- 2,2,4,4-Tetramethyl-7-oxa-3,13-diaza-14-oxo- dispiro-[5,1,4,2]-tetradecan
- 2,2,4,4-Tetramethyl-7-oxa-3,14-diaza-15-oxo- dispiro-[5,1,5,2]-pentadecan
- 2,2,4,4-Tetramethyl-7-oxa-3,20-diaza-21-oxo- dispiro-[5,1,11,2]-heneicosan
- 2,2,7,7,9,9-Hexamethyl-1-oxa-3,8-diaza-4-oxo-8- acetyl-spiro-[4,5]-decan
- 2,2,4,4-Tetramethyl-7-oxa-3,14-diaza-15-oxo-3- acetyl-di-spiro-[5,1,5,2] -pentadecan
- 2,2,4,4-Tetramethyl-7-oxa-3,20-diaza-21 oxo-3- acetyl-di-spiro-[5,1,11,2]-heneicosan .
- Geeignete Verbindungen der Formel IX sind beispielsweise
- Acrylsäuremethylester
- Acrylsäurethylester
- Acrylsäure-n-butylester
- Acrylsäure-iso-butylester
- Acrylsäure-tert.-butylester
- Acrylsäure-2-ethylhexylester
- Acrylsäureoctylester
- Acrylsäurelaurylester
- Acrylsäuremyristylester
- Acrylsäure-2-diethylaminoethylester
- Methacrylsäuremethylester
- Methacrylsäureethylester
- Methacrylsäure-n-butylester
- Methacrylsäure-iso-butylester
- Methacrylsäure-tert.-butylester
- Methacrylsäurelaurylester
- Methacrylsäure-cyclohexylester
- Methacrylsäureallylester
- Methacrylsäure-2-ethoxyethylester
- Methacrylsäure-2-dimethykaminoethylester
- Crotonsäuremethylester
- Crotonsäureethylester
- 1,4-Butandioldiacrylat
- 1,6-Hexandioldiacrylat
- 2-Ethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propandiol-triacrylat
- Diethylenglykoldiacrylat
- Pentaerythrittriacrylat
- Pentaerythrittetraacrylat
- Ethylenglykoldimethacrylat
- 1,4-Butandioldimethacrylat
- 1,6-Hexandioldimethacrylat
- Diethylenglykoldimethacrylat
- Triethylenglykoldimethacrylat
- Tripropylenglykoldiacrylat
- Trimethylolpropantrimethacrylat
- Acrylsäure-2,2,6,6-tetramethylpiperid-4-yl-ester
- Crotonsäure-2,2,6,6-tetramethylpiperid-4-yl-ester
- Methacrylsäure-2,2,6,6-tetramethylpiperid-4-yl- ester.
- Für das erfindungsgemäße Verfahren wird als Lösemittel ein bei Raumtemperatur flüssiger aromatischer Kohlenwasserstoff verwendet, vorzugsweise Toluol oder Xylol.
- Als Phasentransferkatalysator wird vorzugsweise zugesetzt ein Polyethylenglykoldialkylether, ein substituiertes Phosphoniumsalz, beispielsweise Tetraalkylphosphoniumhalogenid oder ein substituiertes Ammoniumsalz, beispielsweise Tetraalkylammoniumhalogenid oder Trialkylbenzylammoniumhalogenid. Insbesondere wird Triethylbenzylammoniumchlorid oder ein Tetraalkylphosphoniumbromid zugesetzt. Die Menge beträgt 0,05 bis 20, vorzugsweise 0,1 bis 10, insbesondere 1 bis 10 Mol-%, bezogen auf die Verbindung der Formel VIII.
- Die Verbindung IX wird in einer Menge von 1 /n bis 10/n, vorzugsweise 1 /n bis 3/n, insbesondere 1 /n bis 1,5/n Mol, bezogen auf 1 Mol der Verbindung VIII, eingesetzt. n hat die oben angegebene Bedeutung.
- Die Reaktionstemperatur beträgt 30 bis 150, vorzugsweise 50 bis 120, insbesondere 70 bis 120°C.
- Die Reaktion wird in Gegenwart eines basischen Katalysators durchgeführt. Als solcher dient ein Alkalimetall, vorzugsweise Natrium, welches in einer Menge von 1 bis 30 Mol-%, vorzugsweise 2 bis 10 Mol-%, bezogen auf die Verbindung VIII, verwendet wird.
- Das erfindungsgemäße Verfahren bringt gegenüber dem Stand der Technik erhebliche Vorteile. Zunächst wird nur ein einziges, technisch einfach zu handhabendes Lösemittel bzw. Lösemittelgemisch verwendet. Überraschenderweise wird durch den Phasentransferkatalysator bewirkt, daß die Reaktion wesentlich schneller und vor allem vollständiger abläuft, so daß die Verbindung IX nicht mehr im vielfachen Überschuß eingesetzt werden muß, sondern ein geringer Überschuß genügt. Trotzdem wird eine höhere Ausbeute erhalten und die Menge der Nebenprodukte verringert.
- Die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen der Formel (I) werden vor allem als Lichtstabilisatoren eingesetzt, beispielsweise für Polyolefine, insbesondere Polyethylen und Polypropylen, Ethylen/Propylencopolymere, Polybutylen, sowie Polystyrol, chloriertes Polyethylen, sowie Polyvinylchlorid, Polyester, Polycarbonat, Polymethylmethacrylate, Polyphenylenoxide, Polyamide, Polyurethane, Polypropylenoxid, Polyacetale, Phenol-Formaldehydharze, Epoxidharze, Polyacrylnitril und entsprechende Copolymerisate sowie ABS-Terpolymere. Vorzugsweise verwendet man die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen zum Stabilisieren von Polypropylen, niedermolekularen und hochmolekularen Polyethylen, Ethylen-Propylen-Copolymeren, Polyvinylchlorid, Polyester, Polyamid, Polyurethanen, Polyacrylnitril, ABS, Terpolymeren von Acrylester, Styrol und Acrylnitril, Copolymeren von Styrol und Acrylnitril oder Styrol und Butadien, insbesondere für Polypropylen, Polyethylen, Polyethylen, Ethylen-Propylencopolymer oder ABS.
- Die erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen können auch für die Stabilisierung von Naturstoffen, beispielsweise Kautschuk, verwendet werden, sowie auch für Schmieröle. Weiterhin eignen sie sich auch für die Stabilisierung von Lacken.
- Als Lacke kommen alle in der Industrielackierung verwendeten Arten, vorzugsweise Einbrennlacke, infrage, wie sie in der Deutschen Offenlegungsschrift 3 149 453 aufgezählt sind.
- Das Einbringen der erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen in die zu schützenden Materialien erfolgt nach an sich bekannten Methoden, wobei auch Monomere oder Vorpolymerisate bzw. Vorkondensate mit diesen Stabilisatoren versehen werden können.
- Neben den Verbindungen der Formel (I) können den Kunststoffen noch weitere Stabilisatoren zugesetzt werden. Derartige weitere Verbindungen sind z.B. Antioxydantien auf der Basis sterisch gehinderter Phenole, oder Schwefel oder Phosphor enthaltende Costabilisatoren oder eine Mischung von geeigneten sterisch gehinderten Phenolen und Schwefel und/oder Phosphor enthaltenden Verbindungen. Solche Verbindungen sind z.B. Benzofuranon(2)-und/oder Indolinon(2)verbindungen, sterisch gehinderte Phenole wie
- β-(4-Hydroxy-3,5-di-t-butylphenyl)-propionsäure- stearylester, Tetrakis-[methylen-3(3',5'-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl-)propionat]-methan,
- 1,3,3-Tris-(2-methyl-4-hydroxy-B-butylphenyl)-butan,
- 1,3,5 Tris-(4-t-butyl-3-hydroxy-2,6-dimethylbenzyl)-1,3,5-triazin-2,4,6-(1H, 3H, 5H)-trion, Bis-14-t-butyl-3-hydroxy-2,6-dimethylbenzyl)-di- thiolterephthalat,
- Tris-(3,5-t-butyl-4-hydroxybenzyl)-isocyanurat, Triester der β-(4-hydroxy-3,5-di-t-butylphenyl)propionsäure mit
- 1,3,4-Tris-(2-hydroxyethyl)-5-triazin 2,4,6-11H, 3H, 5H)trion,
- Bis-[3,3-bis-(4'-hydroxy-3-t-butylphenyl)-butansäure]-glycolester,
- 2,3,5-Trimethy-2,4,6-tris-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl-)benzol,
- 2,2'-Methylen-bis-(4-methyl-6-t-butylphenyl)-terephthalat,
- 4,4-Methylen-bis-(2,6-di-t-butylphenol),
- 4,4'-Butyliden-bis-(-t-butyl-meta-kresol),
- 4,4-Thio-bis-(2-t-butyl-5-methyl-phenol),
- 2,2'-Methylen-bis-(4-methyl-6-t-butyl-phenol).
- Auch antioxidativ wirkende Co-Stabilisatoren können zugegeben werden, wie z.B. schwefelhaltige Verbindungen, z.B.
- Distearylthio-dipropionat,
- Dilaurylthiodipropionat,
- Tetrakis-(methylen-3-hexyl-thiopropionat)-methan, Tetrakis-(methylen-3-dodecyl-thiopropionat)-methan und Dioctadecyldisulfid oder phosphorhaltige Verbindungen wie z.B.
- Trinonylphenylphosphit;
- 4,9-Distearyl-3,5,8,10-tetraoxadiphosphaspiro- undecan,
- Tris-(2,4-t-butylphenyl)-phosphit oder
- Tetrakis-(2,4 di-t-butylphenyl)-4,4'-butylphenyl)-4,4'-biphenylen-diphosphonit.
- Die Verbindungen der Formel 1 und deren oben erwähnte Mischungen kann man auch in Gegenwart weiterer Additive verwenden. Solche sind an sich bekannt und gehören z.B. zur Gruppe der Aminoacrylverbindungen, der UV-Absorber und Lichtschutzmittel wie die 2-(2'-Hydroxyphenyl)-benztriazole, 2-Hydroxybenzophenone, 1,3-Bis(2'-hydroxybenz- oyl)-benzole, Salicylate, Zimtsäureester, Ester von gegebenenfalls substituierten Benzoesäuren. sterisch gehinderte Amine, Oxalsäurediamide.
- Die Anwendungsmenge der erfindungsgemäß hergestellten Verbindungen der Formel 1 beträgt 0,1-5 Gew.-% bei Kunststoffen, 20 bis 80 Gew.-% bei Stabilisatorkonzentraten und 0,02-5 Gew.-% bei Lacken.
- 91,1 g (0,25 Mol) 2,2,4,4-Tetramethyl-7-oxa-3,20-diazadispiro[5,1,11,2]-heneicosan-21-on und 0,3 g (0,01 Mol) Natrium wurden in 91,1 g Dimethylsulfoxid 2 h auf 120°C erhitzt. Dann wurden innerhalb von 10 min 89,5 g (1 Mol) Acrylsäuremethylester zugetropft und 5 h bei 110°C gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde auf Eis/Wasser gegossen und mit Ether extrahiert. Die organische Phase wurde über Magnesiumsulfat getrocknet, abfiltriert und das Lösemittel abdestilliert. Als Rückstand verblieben 100 g eines beigen Feststoffs mit einem Schmelzpunkt von 103°C.
- Analog Vergleichsbeispiel A, jedoch mit nur 25,8 g (0,3 Mol) Acrylsäuremethylester. Dieser Versuch ergab 65,5 g hellen Feststoff mit einem Schmelzpunkt von 89°C.
- 91,1 g (0,25 Mol) 2,2,4,4-Tetramethyl-7-oxa-3,20-diaza-dispiro[5,1,11,2]-heneicosan-21-on und 0,5 g Natrium wurden in 100 g Toluol auf 80°C erhitzt. Innerhalb von 30 min wurden 21,6 g (0,25 Mol) Acrylsäuremethylester zugetropft. Bei 80°C wurde 6 h weitergerührt. Anschließend wurde dreimal mit je 100 g Wasser ausgeschüttelt und aus der organischen Phase das Toluol abdestilliert. Aus dem Produkt wurden durch Umlösen noch 4 g 2,2,4,4-Tetramethyl-7-oxa-3,20-diaza-dispiro[5,1, 1,21- heneicosan-21-on isoliert. Es blieben 89 g heller Feststoff mit einem Schmelzpunkt von 97°C.
- Die Durchführung erfolgte gemäß Vergleichsbeispiel C, jedoch wurden zusätzlich 5 g Triethylbenzylammoniumchlorid zugesetzt. Hier war kein Rückstand von 2,2,4,4-Tetramethyl-7-oxa-3,20-diaza- dispiro-[5,1,11,2]-heneicosan-21-on isolierbar. Man erhielt als Endprodukt 104 g eines weißen Feststoffs mit einem Schmelzpunkt von 104°C.
- Durchführung wie bei Vergleichsbeispiel C, jedoch mit folgenden Mengenänderungen: 25,8 g (0,3 Mol) Acrylsäuremethylester und 3 g Triethylbenzylammoniumchlorid. Hier konnte kein Rückstand an 2,2,4,4-Tetramethyl-7-oxa-3,20-diazadispiro-[5,1,11,2]heneicosan-21-on isoliert werden. Als Endprodukt wurden 109 g eines weißen Feststoffs mit einem Schmelzpunkt von 114°C erhalten.
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geradkettiges oder verzweigtes C1-C30-Alkylen, C2-C30-Alkenylen, Phenyldialkylen, wobei diese Reste durch -O- oder -N-, worin R8 die obige Bedeutung R 8 hat, unterbrochen sein können, bedeutet,
einen Rest der Formeln IV, V, VI oder VII
durch Umsetzung von Verbindungen der Formel VIII
Claims (5)
geradkettiges oder verzweigtes C1-C30-Alkylen, C2-C30-Alkenylen, Phenyldialkylen, wobei diese Reste durch -O- oder
durch Umsetzung von Verbindungen der Formel VIII
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